马俊，司东宏，薛玉君，，董永祥

（1.河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 471003；2.河南省机械设计及传动系统重点实验室，河南 洛阳 471003）

主轴系统的动态特性是直接影响高速双转子试验机整体性能的主要因素。主轴轴系受力复杂，不仅承受径向加载力，还承受转子旋转质量惯性力引起的周期性振动，而周期性振动会使轴系的疲劳寿命降低；因此，分析试验机主轴系统的动态特性对于提高试验机整体稳定性、可靠性和延长使用寿命具有重要的意义［1］。

文献［2］分别分析了双转子轴承试验机左右端主轴的固有频率，计算出单根轴的临界转速，由此得出单根轴的固有频率满足使用要求。然而，双转子轴承试验机单根轴的模态变化不能等同于双轴耦联时的模态变化，因此，使用有限元分析软件ANSYSWorkbench分析双轴耦联时的轴系模态变化，同时考虑高转速轴系旋转时产生的预应力对轴系模态的影响。

1 模态分析理论

模态分析是研究机械结构动力学特性、振动分析和动态优化设计的常用方法。多自由度结构系统的动力学方程可以表示为［3-4］

式中：M，C，K分别为结构系统的质量、阻尼、刚度矩阵；F（t）为外激励矢量；X为位移矢量。

在实际工况中，阻尼对结构的固有频率和振型影响不大，则无外载荷作用且忽略阻尼时，可将（1）式简化为

当轴系旋转时，由于离心力的作用会产生一定的旋转预应力，从而影响到轴系的模态振动性能。因此，在考虑预应力的情况下，（2）式方程解的形式可表示为